一种紧凑的宽功率输入的双极化整流天线制造技术

本发明专利技术涉及一种紧凑的宽功率输入的双极化整流天线，包括接收天线和整流电路，接收天线的输出端与整流电路的输入端电连接，所述接收天线包括天线辐射片、公共地平面、第一馈电探针和第二馈电探针；其中天线辐射片设置于公共地平面的上方，天线辐射片、公共地平面之间留有作为空气隙存在的介质间距；第一馈电探针、第二馈电探针的一端穿出公共地平面后与天线辐射片电连接，第一馈电探针、第二馈电探针与公共地平面之间不进行电连接；所述整流电路包括第一整流支路、第二整流支路和负载，其中第一整流支路、第二整流支路的输入端分别与第一馈电探针、第二馈电探针的另一端电连接；第一整流支路、第二整流支路的输出端分别与负载的两端电连接；第一整流支路、第二整流支路结构对称，采用差分输出。

A compact dual polarized rectifier antenna with wide power input

The present invention relates to a double polarization rectifier antenna of a compact wide power input, including receiving antenna and rectification circuit, and the output end of the rectifier circuit electrical input receiving antenna connection, the receiving antenna comprises an antenna radiation patch, ground plane, the first public feed probe and second feed probe; above the antenna radiation sheet set in the public plane, the antenna radiation sheet, a medium distance exists as the air gap between the left common plane; the first feed probe, second feed probe end penetrates public plane and antenna radiation patch is electrically connected between the first and second probe feed, feed probe and the common ground plane is electrically connected to the; the rectifying circuit comprises a first rectifier circuit, second rectifier circuit and the load, the input rectifier circuit, rectifier circuit first and the first second respectively. Feed probe, second feed probe connected to the other side of the electrical output rectifier circuit; first, second rectifier circuit are respectively connected with both ends of the electrical load; the first rectifier circuit, second rectifier circuit structure is symmetrical, the differential output.

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑的宽功率输入的双极化整流天线
本专利技术涉及微波无线能量传输领域，更具体地，涉及一种紧凑的宽功率输入的双极化整流天线。
技术介绍
微波无线能量传输(MPT：MicrowavePowerTransmission)技术，是通过把直流能量转化为射频能量，并通过电磁辐射的方式发射、脱离物理电线在自由空间中传播、并被能量接收系统接收后再次转化为直流能量供给后级使用的技术。比起有线能量传输，无线能量传输在空间灵活性、架设物理成本，自由度等方面有明显的优势，尤其在体内医疗传感器供电，物联网传感器网络节点供电等应用场景更有不可替代的优势。在19世纪50年代，MPT技术最先被用于大功率、空间输电、远程驱动无人机等应用研究，功率规模大。随着半导体集成电路技术与现代通信技术的发展，射频与电子电路尺寸与功率的不断变小，MPT技术被更多地应用于消费电子充电、物联网节点供电、环境能量收集等场合，以满足设备的小型化、高集成度、低成本的需求。MPT系统的关键部分是能量接收系统，其包含了射频接收天线(ReceivingAntenna)与射频整流电路(RectifyingCircuit)两个部分，故又称整流天线(Rectenna)。整流天线的能量接收转换效率(PowerConversionEfficiency,PCE)直接影响了整个能量传输系统的工作性能，是整流天线的关键指标。除此之外，尺寸、成本、稳定性、鲁棒性等也是衡量系统性能的重要指标。在传统的能量传输系统中，传统接收系统对输入功率密度较为敏感，导致输入功率变化范围较宽时无法维持较优的转换效率。另外，传统单线极化天线在环境中只能接收一个方向的线极化波，导致接收的功率具有较大的方向性限制。这些问题限制了传统整流天线在小功率、高集成度应用场景的使用。
技术实现思路
本专利技术为解决以上现有技术提供的整流天线在面对宽功率输入时无法保持较优转换效率以及接收射频能量的方向性限制的缺陷，提供了一种紧凑的宽功率输入的双极化整流天线为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种紧凑的宽功率输入的双极化整流天线，包括接收天线和整流电路，接收天线的输出端与整流电路的输入端电连接，所述接收天线包括天线辐射片、公共地平面、第一馈电探针和第二馈电探针；其中天线辐射片设置于公共地平面的上方，天线辐射片、公共地平面之间留有作为空气隙存在的介质间距；第一馈电探针、第二馈电探针的一端穿出公共地平面后与天线辐射片电连接，第一馈电探针、第二馈电探针与公共地平面之间不进行电连接；所述整流电路包括第一整流支路、第二整流支路和负载，其中第一整流支路、第二整流支路的输入端分别与第一馈电探针、第二馈电探针的另一端电连接；第一整流支路、第二整流支路的输出端分别与负载的两端电连接；第一整流支路、第二整流支路结构对称，采用差分输出。上述方案中，接收天线接收到来自发射系统、其他通信系统的在自由空间辐射的射频能量，并把这些能量传导到差分的第一整流支路、第二整流支路，第一整流支路、第二整流支路再进行能量转换与整流，然后输出直流能量供给负载使用。上述方案中，接收天线设计为双线极化天线，具有两个能量接收点，可接收来自两个正交方向的射频能量，大大增强对辐射线极化波方向变化的鲁棒性；再者，第一整流支路、第二整流支路之间采用对称结构实现差分输出模式，在这种模式下，第一整流支路、第二整流支路将产生极性相反的直流能量，分别输出到负载的正极和负极，负载得到两个能量的总和。从而提高输出电压与能量转换效率，并提高对输入功率变化的鲁棒性。同时当其中一个支路维持较高效率时，其效率起到支撑功能，即使另一支路在较低功率输入下，电路整体效率也维持在较高水平。由此，整流电路在较宽范围的功率输入下，都能维持较高的转换效率。优选地，所述公共地平面设置在介质基板A的顶面上，所述整流电路设置在介质基板A的底面上，第一馈电探针、第二馈电探针的另一端穿出公共地平面、介质基板A后分别与第一整流支路、第二整流支路的输入端电连接，所述第一馈电探针、第二馈电探针与介质基板A连接，第一馈电探针、第二馈电探针与公共地平面之间不进行电气连接。优选地，所述天线辐射片设置在介质基板B的顶面上，第一馈电探针、第二馈电探针的一端穿出公共地平面、空气介质、介质基板B后与天线辐射片电连接。优选地，所述介质基板A或介质基板B采用聚四氟乙烯材料制成。优选地，所述所述天线辐射片的横向剖面呈圆形；所述公共地平面的横向剖面呈正方形。优选地，所述公共地平面通过基板介质支柱与天线辐射片机械连接。优选地，所述公共地平面通过至少2个支柱与天线辐射片连接，至少2个支柱以天线辐射片的中心处为圆心在圆周方向上均匀分布。优选地，所述第一整流支路包括第一阻抗匹配电路、第一谐波抑制器、第一射频整流二极管和第一直通滤波器；其中第一阻抗匹配电路的输入端与第一馈电探针的另一端电连接，第一阻抗匹配电路的输出端与第一谐波抑制器的输入端、第一直通滤波器的输入端电连接，第一谐波抑制器的输出端与第一射频整流二极管的阳极电连接，第一射频整流二极管的阴极与公共地平面电连接；第一直通滤波器的输出端与负载的一端电连接；所述第二整流支路包括第二阻抗匹配电路、第二谐波抑制器、第二射频整流二极管和第二直通滤波器；其中第二阻抗匹配电路的输入端与第二馈电探针的另一端电连接，第二阻抗匹配电路的输出端与第二谐波抑制器的输入端、第二直通滤波器的输入端电连接，第二谐波抑制器的输出端与第二射频整流二极管的阴极电连接，第二射频整流二极管的阳极与公共地平面电连接；第二直通滤波器的输出端与负载的另一端电连接。优选地，所述第一谐波抑制器、第二谐波抑制器均包括二次谐波扇形抑制器和三次谐波扇形抑制器；第一谐波抑制器的二次谐波扇形抑制器、三次谐波扇形抑制器与第一阻抗匹配电路、第一谐波抑制器电连接；第二谐波抑制器的二次谐波扇形抑制器、三次谐波扇形抑制器与第二阻抗匹配电路、第二射频整流二极管连接。优选地，所述第一射频整流二极管、第二射频整流二极管均为肖特基二极管。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.接收天线采用双线极化设计，大大增强对辐射线极化波方向变化的鲁棒性；2.整流电路采用差分输入结构，在较宽功率输入下能维持更高效率与直流输出电压；3.本专利技术的接收天线、整流电路在空间分布上形成多层结构，有效减少剖面面积，结构紧凑，尺寸小；4.本专利技术的接收天线采用空气隙结构，有利于消除各元素间杂散波的串扰，易于组阵。附图说明图1为整流天线的立体图。图2为整流天线的俯视图。图3为整流天线的侧面视图。图4为整流电路的结构示意图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。实施例1如图1所示，本专利技术提供的整流天线包括接收天线1和整流电路2两部分，其中接收天线1包括天线辐射片11、公共地平面12、第一馈电探针13和第二馈电探针14；其中天线辐射片11设置于公共地平面12的上方，天线辐射片11、公共地平面12之间留有作为空气介质存在的间距；第一馈电探针13、第二馈电探针14的一端穿出公共地平面12后与天线辐射片11电连接。在具体的实施过程中，公共地平面12设置在介质基板A的顶面上，所述整流电路2设置在介质基板A的底面上，第一馈电探针13、第二馈电探针1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紧凑的宽功率输入的双极化整流天线，包括接收天线和整流电路，接收天线的输出端与整流电路的输入端电连接，其特征在于：所述接收天线包括天线辐射片、公共地平面、第一馈电探针和第二馈电探针；其中天线辐射片设置于公共地平面的上方，天线辐射片、公共地平面之间留有作为空气隙存在的介质间距；第一馈电探针、第二馈电探针的一端穿出公共地平面后与天线辐射片电连接，第一馈电探针、第二馈电探针与公共地平面之间不进行电连接；所述整流电路包括第一整流支路、第二整流支路和负载，其中第一整流支路、第二整流支路的输入端分别与第一馈电探针、第二馈电探针的另一端电连接；第一整流支路、第二整流支路的输出端分别与负载的两端电连接；第一整流支路、第二整流支路结构对称，采用差分输出。

【技术特征摘要】
1.一种紧凑的宽功率输入的双极化整流天线，包括接收天线和整流电路，接收天线的输出端与整流电路的输入端电连接，其特征在于：所述接收天线包括天线辐射片、公共地平面、第一馈电探针和第二馈电探针；其中天线辐射片设置于公共地平面的上方，天线辐射片、公共地平面之间留有作为空气隙存在的介质间距；第一馈电探针、第二馈电探针的一端穿出公共地平面后与天线辐射片电连接，第一馈电探针、第二馈电探针与公共地平面之间不进行电连接；所述整流电路包括第一整流支路、第二整流支路和负载，其中第一整流支路、第二整流支路的输入端分别与第一馈电探针、第二馈电探针的另一端电连接；第一整流支路、第二整流支路的输出端分别与负载的两端电连接；第一整流支路、第二整流支路结构对称，采用差分输出。2.根据权利要求1所述的紧凑的宽功率输入的双极化整流天线，其特征在于：所述公共地平面设置在介质基板A的顶面上，所述整流电路设置在介质基板A的底面上，第一馈电探针、第二馈电探针的另一端穿出公共地平面、介质基板A后分别与第一整流支路、第二整流支路的输入端电连接，所述第一馈电探针、第二馈电探针与介质基板A连接，第一馈电探针、第二馈电探针与公共地平面之间不进行电气连接。3.根据权利要求1所述的紧凑的宽功率输入的双极化整流天线，其特征在于：所述天线辐射片设置在介质基板B的顶面上，第一馈电探针、第二馈电探针的一端穿出公共地平面、空气介质、介质基板B后与天线辐射片电连接。4.根据权利要求2或3所述的紧凑的宽功率输入的双极化整流天线，其特征在于：所述介质基板A或介质基板B采用聚四氟乙烯材料制成。5.根据权利要求1所述的紧凑的宽功率输入的双极化整流天线，其特征在于：所述天线辐射片的横向剖面呈圆形；所述公共地平面的横向剖面呈正方形。6.根据权利要求5所述的紧凑的宽功率输入的双极化整流天...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪舟，区俊辉，安德烈·安德烈尼克，黄静文，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44